單級三葉泵-項目文件總匯

一種便攜式微型氣體采樣泵的設(shè)計項目編號：120100項目成員：龐駿德何東亮

鄭皓峰指導老師：巴要帥藺增目錄項目簡介項目實施（機械）項目實施（電路）產(chǎn)品測試項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目簡介目錄創(chuàng)新實驗1.1項目概述作品名稱：一種可調(diào)速微型氣體采樣泵的設(shè)計其屬于氣體檢測裝置的一

部分，主要用于氣體采樣

并將采樣的氣體通過氣體

檢測儀進行氣體成分的檢

測?？梢酝ㄟ^程序控制進行泵流量調(diào)節(jié)，較好適應儀

器儀表、化工分析、醫(yī)療

保健、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、

生物工程、自動控制中某

些對流量有嚴格要求的場

合！項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄1.2研究價值這種便攜式可調(diào)速微型氣體采樣泵體積小、重量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、便于攜帶、長期在大氣壓情況下工作而不損壞、超負荷工作也不會燒毀等優(yōu)點。微型隔膜廣泛應用于科研，氣體采樣，儀器儀表，化工分析，醫(yī)療保健，醫(yī)藥衛(wèi)生，食品，生物工程，自動控制，環(huán)保等眾多領(lǐng)域時，對泵抽速的要求就顯得尤為重要了，高質(zhì)量的微型采樣泵無疑應該具有傳統(tǒng)機械功能以及自動化的現(xiàn)代控制功能，這也是現(xiàn)有機械設(shè)備往自動化發(fā)展的趨勢。

①通過三個管路（兩個進氣口一個排氣口）將兩個泵腔結(jié)合在一起，并且巧妙地將泵腔布置在電機的上下側(cè)，相對于國外兩腔的方式，結(jié)構(gòu)更加緊湊；②因為結(jié)構(gòu)是對稱，其對偏心輪引起的偏心有更好的抵消作用;

③這樣的結(jié)構(gòu)相對于具有同樣體積的單個泵腔的泵來說,一個工作循環(huán)其具有吸排氣各兩次，隔膜的受力會更加?。ㄒ驗閮煞N等體積的結(jié)構(gòu)，兩腔的結(jié)構(gòu)泵腔小）；

④還具有自動化的控制功能，這是符合設(shè)計高質(zhì)量的機械設(shè)備的發(fā)展趨勢。本泵通過調(diào)節(jié)單片機的PWM，并通過電機驅(qū)動器ULN2003A對電機轉(zhuǎn)速進行控制，來實現(xiàn)對泵抽速的調(diào)節(jié)。應用價值創(chuàng)新價值學習價值軟件：能夠掌握Autocad、SolidWorks、Caxa、UG等二維和三維建模軟件。加工工藝：對快速成型、注塑加工、橡膠成型等加工工藝有一個初步了解，并能夠熟悉整個產(chǎn)品的加工過程?？蒲羞^程：初步掌握科研過程，鍛煉科研能力。工程實踐：對工廠的加工能力、價格以及產(chǎn)品的加工方法和過程有較深的了解。創(chuàng)新實驗項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.1項目實施步驟收集材料資料分析初定方案理論分析結(jié)構(gòu)設(shè)計零件設(shè)計模型制作加工組裝產(chǎn)品調(diào)試產(chǎn)品優(yōu)化后期整理項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗收集資料收集相關(guān)資料,把盡可能多的資料收集到手，以供參考。可以通過圖書館借閱，以及網(wǎng)上搜集，還有指導教師提供相關(guān)資料，查一些期刊雜志這樣把有關(guān)微型隔膜氣體采樣泵的資料搜集完畢，并進行初步整理。資料分析把有用資料挑選出來并進行匯總，然后就整理出一份知識儲備冊用來查找資料的索引。通過一段時間的自學和老師指導，我們初步弄懂微型隔膜泵的結(jié)構(gòu)、零件、原理、材料、制造工藝檢測誤差、使用方法、可獲得的真空度等必須儲備的知識。初定方案根據(jù)搜集的資料指出要解決的問題，針對此問題帶來

的矛盾，根據(jù)TRIZ理論查詢相關(guān)創(chuàng)新方法，再結(jié)合現(xiàn)有的產(chǎn)品，提出解決方法，初步確定產(chǎn)品方案。在所確定的方案中根據(jù)最優(yōu)矩陣法確定最佳方案。理論分析一部分是機械部分，其原理是一個彈性膜片被一個偏心輪上下牽動，對其機械部分進行理論分析。另一部分是電路部分，該部分主要是電機和單片機最小系統(tǒng)電路的設(shè)計，其主要是用單片機控制直流電動機的運轉(zhuǎn)。2.2方案具體流程項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.2方案具體流程結(jié)構(gòu)設(shè)計參照已有產(chǎn)品，主要從使用便捷，實用性進行工藝以及機構(gòu)、原理的方向進行改造。零件設(shè)計參看零件設(shè)計有關(guān)書籍，如機械設(shè)計、泵的組合設(shè)計、真空獲得方法、現(xiàn)代泵理論與設(shè)計。并與指導老師及有經(jīng)驗的工人進行聯(lián)系，確保零件的設(shè)計易于加工且具有可行性。模型制作根據(jù)solidworks等軟件建造的虛擬模型，利用實驗室的快速成型機進行初步的制作，已進行零件的初步檢驗，對零件進行修改和完善。加工組裝對模型制作里的零件進行可行性分析及修改后，聯(lián)系工廠進行注塑加工或從相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)購買。然后進行產(chǎn)品的組裝。項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.2方案具體流程產(chǎn)品調(diào)試針對已成型的產(chǎn)品，按照相關(guān)的測試方法進行測試，看是否滿足初步的設(shè)計要求若不滿足則返回之前的設(shè)計步驟找出問題的癥結(jié)所在，并進行合理的分析，提出解決的辦法。產(chǎn)品優(yōu)化若產(chǎn)品已經(jīng)滿足要求，征詢消費者的意見，綜合分析提出更有效的修改方案，比如外形的改進等。后期整理對之前工作進行總結(jié)，找出不足，并進行改正。項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2一種便攜式微型氣體采樣泵的設(shè)計機械部分電路部分一種便攜式微型氣體采樣泵的設(shè)計項目實施（機械部分）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.1微型隔膜泵工作原理：電機的圓周運動，通過機械裝置使泵內(nèi)部的隔膜做往復式運動，從而改變泵腔內(nèi)的體積，在抽氣口處與外界大氣壓產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下，將氣體吸入泵腔，再從排氣口排出。指的就是微型真空泵，指具備一進一出的抽氣嘴、排氣嘴各一個，內(nèi)部通過機械裝置使泵內(nèi)部的隔膜做往復式運動，并且在進口處能夠持續(xù)形成真空或負壓，排氣嘴處形成微正壓；工作介質(zhì)主要為氣體，體積小巧的一種儀器。研究趨勢:隨著科技的發(fā)展，市場對小型真空泵的需求不斷增加，很多國內(nèi)外的企業(yè)和科研單位都加大了小型真空泵的研究，并且很多產(chǎn)品已經(jīng)投入到了市場，獲得了一定的市場價值。不過這種小型便捷的真空泵由于采用不同的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計會得到不一樣的市場效果，綜合價格以及使用的情況，微型泵的研究以及應用有著長足的發(fā)展。項目實施（機械）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.2微型隔膜泵結(jié)構(gòu)組成微型隔膜泵靜止部分泵腔密封墊片連接件運動部分軸承隔膜隔膜連接桿偏心輪項目實施（機械）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.3方案發(fā)散項目實施（機械）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.4方案篩選功能部分（偏心輪設(shè)計）偏心輪形狀偏心輪材料偏心輪平衡選擇方法偏心輪塑料自身平衡凸輪金屬外加配重其他功能部分（連接隔膜與偏心輪部分）連接隔膜與偏心輪部分分支個數(shù)連接隔膜與偏心輪部分材料連接隔膜與偏心輪部分與隔膜及偏心輪的配合方式選擇方法1工程塑料裝配配合2橡膠粘接一體3金屬陶瓷等等項目實施（機械）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.4方案篩選功能部分（吸排氣管路及泵腔設(shè)計）進排氣管路形狀有多少個進排氣口泵腔的截面形狀管路與泵腔實現(xiàn)吸排氣方式選擇方法圓錐形1進1出拋物線單大孔圓柱形2進2出圓形多小孔正方形多進多出雙曲線（與拋物線類似）飛機機翼原理等等2進1出柱形+曲線待定橢圓形功能部分（隔膜部分）隔膜材料隔膜形狀（泵腔）隔膜形狀（墊片）隔膜安裝方式（泵腔）隔膜安裝方式（管路）選擇方法金屬圓形待定配合粘接橡膠其他粘接自由塑料薄膜其他彈性體項目實施（機械）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.4方案篩選功能部分（單片機部分）單片機型號單片機價格顯示器電機驅(qū)動器選擇方法STC89C52RC少于10元LED燈LMD18200ATS89C51少于`10元LED數(shù)碼管ULN20031602LCD（字符液晶顯示）ULN280312864LCD（點陣液晶顯示）項目實施（機械）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗2.5理論計算一直電機的轉(zhuǎn)速n=6600r/min，功率p=3w，偏心輪的偏心距e=0.6mm，泵腔直徑為d=16mm，θ為偏心輪幾何中心與質(zhì)心連線與水平方向夾角則泵的排氣速率，電機一個工作工作周期，完成兩次排氣。故排氣速率驗算電機功率是否滿足機械效率取w=0.95，設(shè)吸氣時腔壓力為近似等于大氣壓，則此時壓力產(chǎn)生的隔膜受力即活塞桿受力所需功率同樣尺寸的成都新為誠微型泵SA751.5其流量為1.5L/min創(chuàng)新點一：本泵為雙泵腔，其與具有同樣體積的單個泵腔的泵來說,一個工作循環(huán)其具有吸排氣各兩次，提高了流量。項目實施（機械）產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗創(chuàng)新點二：采用對稱機構(gòu)，其對偏心輪引起的偏心有更好的抵消作用創(chuàng)新點三：通過三個管路（兩個進氣口一個排氣口）將兩個泵腔結(jié)合在一起，并且巧妙地將泵腔布置在電機的上下

側(cè)，相對于國外兩腔的方式，結(jié)構(gòu)更加緊湊；2.6泵的爆炸圖項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄3電路設(shè)計創(chuàng)新實驗OUTPUTBITP1.0 ;定義按鍵

K1BITP3.2 ;定義按鍵

K2BITP3.3 ;定義按鍵

K3BITP3.4 ;定義按鍵

K4BITP3.5 ;定義按鍵

DISP_DIGIT EQU30H;位選通控制位,傳送到P2口，用于打開相應的數(shù)碼管

;如等于FEH時，P2.0為0，第1個數(shù)碼管得電顯示

DISP_SELEQU31H ;顯示位數(shù)計數(shù)器，顯示程序通過它知道正在顯示哪一位數(shù)碼管

;如DISP_SEL為1,表示需要裝載DISP_BUF+1緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)

DISP_BUFEQU50H ;顯示緩沖區(qū)首地址

MIN_GEARSEQU0 ;最小檔位

MAX_GEARSEQU9 ;最高檔位

GEARS EQU23H ;檔位

ORG0000H ;程序開始

AJMPMAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序MAIN ORG 000BH ;定時器T0中斷入口地址

AJMP TIME0 ;跳轉(zhuǎn)到定時器T0中斷服務(wù)程序,用作數(shù)碼管顯示……3.1程序設(shè)計3.2控制程序（見作品說明書附錄）創(chuàng)新點四：本泵通過調(diào)節(jié)單片機的PWM，并通過電機驅(qū)動器ULN2003A對電機轉(zhuǎn)速進行控制，來實現(xiàn)對泵抽速的調(diào)節(jié)。程序設(shè)計思路程序控制電機檔位（轉(zhuǎn)速）微型流量測量裝置測流量將各檔位對應流量作為DB表供程序顯示微型流量測量裝置項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗微型流量測量裝置3.3電路部分的組成電路系統(tǒng)電機單片機最小系統(tǒng)電路連接導線LED數(shù)碼管微型流速測量裝置電機驅(qū)動器項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄3.4電路原理圖創(chuàng)新實驗項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄3.5印刷電路板創(chuàng)新實驗計劃根據(jù)原理圖，本項目使用Protel99SEPCB設(shè)計軟件設(shè)計完成了用于電機轉(zhuǎn)速控制的PCB板。PCB板電路板正面電路板反面項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄3.6電路程序流程圖創(chuàng)新實驗定時器T0和T1賦初值調(diào)用顯示子程序，顯示檔位和流量返回定時器T0中斷調(diào)節(jié)PWM輸出定時器T1中斷返回是開始初始化變量檔位加1檔位設(shè)為最高值檔位設(shè)為最低值電機按檔位值轉(zhuǎn)動，顯示器顯示檔位和流量系統(tǒng)運行正常等待中斷操作掉電結(jié)束電機啟動鍵按下？位檔鍵按下？檔位超過最大值？檔位小于最小值？檔位減1檔位增加檔位減小是是是否否否否項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄3.9裝配體外殼創(chuàng)新實驗隔膜泵的形狀、定位、進排氣口位置等電路板外形以及電氣元件的布置等裝配體外殼結(jié)構(gòu)外形便攜性、外觀等裝配體上外殼裝配體下外殼項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗計劃4產(chǎn)品檢測產(chǎn)品檢測與產(chǎn)品的設(shè)計息息相關(guān)機械部分：根據(jù)原理、結(jié)構(gòu)、修改等設(shè)計泵，采用快速成型加工安裝、目測、拆卸、流量測量平臺等手段調(diào)試檢測泵尺寸小，其孔與孔間位置、管路布置、密封、雙隔膜的協(xié)調(diào)等問題加工、檢測反饋思考、修改項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗計劃4產(chǎn)品檢測產(chǎn)品檢測與產(chǎn)品的設(shè)計息息相關(guān)電路部分：由控制原理，編寫程序、畫原理圖、設(shè)計和加工電路板在單片機實驗平臺調(diào)程序，電氣元件焊接檢測電路板程序定時器的不協(xié)調(diào)、顯示斷續(xù)、PCB元件引腳錯誤等下載、加工、檢測反饋思考、咨詢、修改項目實施產(chǎn)品測試項目實施（電路）項目介紹目錄創(chuàng)新實驗計劃4產(chǎn)品檢測針對已成型的產(chǎn)品，按照相關(guān)